CN116960112A - 一种基于衍射的套刻标记 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及套刻对准领域，特别是涉及一种基于衍射的套刻标记，从上到下依次包括设置于当前层的当前层套刻标记、设置于第一前层的第一前层套刻标记及设置于第二前层的第二前层套刻标记；所述当前层套刻标记包括第一象限图案、第二象限图案、第三象限图案及第四象限图案；每个象限图案均包括多条互相平行的标记线，所述标记线均为倾斜角度的线条；每个前层套刻标记与一组对角象限图案对应，且包括多条标记线；所述第一前层套刻标记与所述当前层套刻标记组成的图案，及所述第二前层套刻标记与所述当前层套刻标记组成的图案，均为中心对称图案。本发明通过设置中心对称的、具有倾斜的标记线的套刻标记，缩短了量测时间，并减小了套刻标记的面积占用。

Description

一种基于衍射的套刻标记
技术领域
本发明涉及套刻对准领域，特别是涉及一种基于衍射的套刻标记。
背景技术
套刻误差是光刻工艺的最重要参数之一，是衡量晶圆的上下两层图形之间的偏移量。目前对套刻误差的量测方法主要有IBO(基于图像套刻)和DBO(基于衍射套刻)。相比于IBO，DBO的套刻误差量测方法在设备引起的量测误差、量测结果的重复性、整个量测结果的不确定性三个方向表现更好，因而被广泛应用于先进节点。
DBO设备量测当前层和前一层上套叠的光栅验收光，两层光栅衍射后的一阶衍射光的光强分布与两层光栅的相对位置偏移存在近似正弦的变化规律，并且在一定套刻误差区间存在近似线性的关系，通过检测±1阶衍射光的强度即可获得位移偏差。
然而，目前逻辑电路中，存在多个关键层的情况，有时需要同时监控当前层对两个前层的套刻结果，然而传统的DBO套刻误差测量只能实现对单层的套刻误差的量测，如果想对两层的套刻误差进行采集和计算，只能对应两个分别各设置一组套刻标记，分别获取两组套刻标记的情况进行计算，但上述方法占用空间太大，且测量获取数据由于需要分开获取，耗时较长。
因此，如何减小测量两个前层时的套刻标记占用面积，并减少测量耗时，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于衍射的套刻标记，以解决现有技术中无法同时对两个前层进行套刻校准，且套刻标记占用空间大，测量时间长的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于衍射的套刻标记，从上到下依次包括设置于当前层的当前层套刻标记、设置于第一前层的第一前层套刻标记及设置于第二前层的第二前层套刻标记；
所述当前层套刻标记包括第一象限图案、第二象限图案、第三象限图案及第四象限图案；每个象限图案均包括多条互相平行的标记线，所述标记线均为倾斜角度的线条；
每个前层套刻标记与一组对角象限图案对应，且包括多条标记线；所述第一前层套刻标记的标记线及所述第二前层套刻标记的标记线与所述当前层套刻标记的标记线对应；
所述第一前层套刻标记与所述当前层套刻标记组成的图案，及所述第二前层套刻标记与所述当前层套刻标记组成的图案，均为中心对称图案。
可选地，在所述的基于衍射的套刻标记中，所述第一前层套刻标记的标记线的斜率，与所述第二前层套刻标记的标记线的斜率的乘积为负数。
可选地，在所述的基于衍射的套刻标记中，所述第一前层套刻标记的标记线的斜率，与所述第二前层套刻标记的标记线的斜率的乘积为-1。
可选地，在所述的基于衍射的套刻标记中，两个前层套刻标记的标记线的斜率分别为1和-1。
可选地，在所述的基于衍射的套刻标记中，所述第一前层套刻标记的标记线及所述第二千层套刻标记的标记线，位于对应的当前层套刻标记的标记线的外侧。
可选地，在所述的基于衍射的套刻标记中，所述第一象限图案、所述第二象限图案、所述第三象限图案及所述第四象限图案为矩形图案。
可选地，在所述的基于衍射的套刻标记中，所述当前层套刻标记为正方形标记。
可选地，在所述的基于衍射的套刻标记中，所述第一前层套刻标记及所述第二前层套刻标记组成的图案，与所述当前层套刻标记尺寸相同。
可选地，在所述的基于衍射的套刻标记中，所述第一前层套刻标记及所述第二前层套刻标记组成的图案中的标记线的数量，与所述当前层套刻标记的标记线的数量相同。
可选地，在所述的基于衍射的套刻标记中，所述当前层套刻标记和/或第一前层套刻标记和/或第二前层套刻标记为通过光刻与刻蚀得到的图案。
本发明所提供的基于衍射的套刻标记，从上到下依次包括设置于当前层的当前层套刻标记、设置于第一前层的第一前层套刻标记及设置于第二前层的第二前层套刻标记；所述当前层套刻标记包括第一象限图案、第二象限图案、第三象限图案及第四象限图案；每个象限图案均包括多条互相平行的标记线，所述标记线均为倾斜角度的线条；每个前层套刻标记与一组对角象限图案对应，且包括多条标记线；所述第一前层套刻标记的标记线及所述第二前层套刻标记的标记线与所述当前层套刻标记的标记线对应；所述第一前层套刻标记与所述当前层套刻标记组成的图案，及所述第二前层套刻标记与所述当前层套刻标记组成的图案，均为中心对称图案。
本发明通过设置中心对称的、具有倾斜的标记线的套刻标记，改变了传统套刻标记X方向套刻误差和Y方向套刻误差需要分开量测的传统方式，通过倾斜的标记线可以同时确定重叠的两个套刻标记在X方向和Y方向的误差，缩小了套刻标记的面积占用；另外，将两个不同的前层套刻标记保持中心对称的同时，使每一个前层套刻标记都分布在一组对角象限内，即可将两个前层套刻标记组合成包括四个象限的图案的整体结构，可通过单次拍摄同时获取四个象限内的重叠的套刻标记图案，无需分次获取当前层套刻标记分别与两个前层套刻标记组成的图案，大大缩短了量测时间，并进一步减小了套刻标记的面积占用。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的基于衍射的套刻标记的一种具体实施方式的局部结构示意图；
图2为本发明提供的基于衍射的套刻标记的一种具体实施方式的局部结构示意图；
图3为本发明提供的基于衍射的套刻标记的一种具体实施方式的局部结构示意图；
图4为本发明提供的基于衍射的套刻标记的一种具体实施方式的局部结构示意图；
图5为本发明提供的基于衍射的套刻标记的一种具体实施方式的结构示意图；
图6为本发明提供的基于衍射的套刻标记的另一种具体实施方式的局部结构示意图；
图7为本发明提供的基于衍射的套刻标记的另一种具体实施方式的结构示意图；
图8为本发明提供的基于衍射的套刻标记的一种具体实施方式的局部截面图。
图中，包括：10-第一前层套刻标记，20-第二前层套刻标记，30-当前层套刻标记，11、12、13-标记线。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是提供一种基于衍射的套刻标记，其一种具体实施方式的结构示意图如图1至图5所示，称其为具体实施方式一，从上到下依次包括设置于当前层的当前层套刻标记30、设置于第一前层的第一前层套刻标记10及设置于第二前层的第二前层套刻标记20；
所述当前层套刻标记30包括第一象限图案、第二象限图案、第三象限图案及第四象限图案；每个象限图案均包括多条互相平行的标记线，所述标记线均为倾斜角度的线条；
每个前层套刻标记与一组对角象限图案对应，且包括多条标记线；所述第一前层套刻标记10的标记线及所述第二前层套刻标记20的标记线与所述当前层套刻标记30的标记线对应；
所述第一前层套刻标记10与所述当前层套刻标记30组成的图案，及所述第二前层套刻标记20与所述当前层套刻标记30组成的图案，均为中心对称图案。
请参考图1至图4，其中，图1图2分别为一种前层套刻标记，为方便表述，假定图1中占据第二象限与第四象限的图案为第一前层套刻标记10，图2中占据第一象限与第三象限的图案为第二前层套刻标记20，图3为所述第一前层与所述第二前层重叠设置后，所述第一前层套刻标记10与所述第二前层套刻标记20重叠组合形成的图案；图4为对应的当前层套刻标记30，为满足DBO套刻误差量测的基础条件，需要图4中当前层套刻标记30中的标记线与图1、图2中的两个前层套刻标记的标记线稍稍错开，让光透过前后两层组成的光栅时发生两次衍射，并以此为基础计算套刻误差。另外，图中用11、12、13分别表示第一前层套刻标记10的标记线、第二前层套刻标记20的标记线及当前层套刻标记30的标记线。
作为一种优选实施方式，所述第一前层套刻标记10的标记线的斜率，与所述第二前层套刻标记20的标记线的斜率的乘积为负数。
也即所述第一前层套刻标记10与所述第二前层套刻标记20中的标记线的倾斜方向不同，斜率相反，从而避免同向倾斜的两种前层套刻标记之间互相干扰，或人工识别出错，进而提升识别准确率，规避了人为操作失误。
进一步地，所述第一前层套刻标记10的标记线的斜率，与所述第二前层套刻标记20的标记线的斜率的乘积为-1。两种前层套刻标记中的标记线的斜率乘积为-1，意味着两种标记线互相垂直，互相垂直的标记线杜绝了接触处发生干扰干涉的可能，进而提升了套刻误差量测中获得的数据的准确性。
更进一步地，两个前层套刻标记的标记线的斜率分别为1和-1。也即两个前层套刻标记内的标记线的倾斜角度分别为45°和135°，四个象限内的标记线可以拼成一个顶角在X轴和Y轴上的正方形，大大提升了后续对不同层套刻的对准效率。
另一方面，所述第一前层套刻标记10的标记线及所述第二千层套刻标记的标记线，位于对应的当前层套刻标记30的标记线的外侧。
当然，除了图1所示的与对角线垂直的标记线，所述第一前层套刻标记10与所述第二前层套刻标记20中的标记线可以选择其他角度，如图6所示，为另一种具体实施方式中的所述第一前层套刻标记10的结构示意图，其中的标记线的延伸方向与对角象限的中心连线的延伸方向相同，图7为图6中的第一前层套刻标记10与对应的当前层套刻标记30重叠后的结构示意图，可见，图7中的第二前层套刻标记20与图6中的第一前层套刻标记10相同，均是标记线的延伸方向与对角象限的中心连线的延伸方向相同的套刻标记。
请见图8，图8中为所述当前层套刻标记30与之对应的前层套刻标记(图8中以第二前层套刻标记20为例)的位置关系示意图，由于图案需要中心对称，因此前层套刻标记的标记线，需要统一位于对应的当前层套刻标记30的标记线的内侧或外侧，所述内测或外侧指的是与对应的当前层套刻标记30的标记线相比，前层套刻标记的标记线到对称中心的距离，如果前层套刻标记的标记线到对称中心的距离比对应的当前层套刻标记30的标记线到对称中心的距离长，则认为前层套刻标记的标记线位于当前层套刻标记30的标记线外侧，反之为内侧。在本优选实施方式中，所述第一前层套刻标记10的标记线及所述第二千层套刻标记的标记线，位于对应的当前层套刻标记30的标记线的外侧以此减轻计算难度，提升计算效率。
以图5为例，图5为三个套刻标记重叠后的结构示意图。所述当前层套刻标记30包括依次等间距分布且对角区域相互平行，相邻区域的线条成90°夹角的多个标记线，标记线的排列方向与标记线的延伸方向垂直，标记线占满两个对角区域(也即象限)，间距可根据不同结构调整；所述第一前层套刻标记10包括依次等间距分布且位于对角区域的相互平行的多个等间距标记线，所述第一前层套刻标记10占用其中一组对角区域，且标记线与该区域的当前层套刻标记30的标记线平行，并在垂直于线条延伸方向上与当前层偏移距离d(如图8所示)，对角区域的第一前层套刻标记10与相同区域的当前层套刻标记30在垂直与线条延伸方向的距离偏移与相反；所述第二前层套刻标记20包括依次等间距分布且相互平行的多个等间距标记线，该套刻标记占用与第一前层刻标记相邻的对角区域，且线条与该区域的当前层套刻标记30的线条平行，并在垂直于线条延伸方向上与当前层偏移距离d’，对角区域的第二前层套刻标记20与相同区域的当前层套刻标记30在垂直与线条延伸方向的距离偏移与相反，以便满足中心对称。
另外，所述第一象限图案、所述第二象限图案、所述第三象限图案及所述第四象限图案为矩形图案。如图3及图4所示，四个象限均为矩形图案，可大大降低生产难度，提升生产效率。
还有，所述当前层套刻标记30为正方形标记。正方形标记可进一步降低三种套刻标记的生产难度，提升生产效率。
更进一步地，所述当前层套刻标记30和/或第一前层套刻标记10和/或第二前层套刻标记20为通过光刻与刻蚀得到的图案。图形化刻蚀为一种快速获得套刻标记的方法，通过刻蚀实现套刻标记中标记线的图形化，对设备的要求较低，也即生产成本较低。当然，也可根据实际情况选用其他图形化获取套刻标的方法，本发明在此不做限定。当然，所述第一前层套刻标记10、所述第二前层套刻标记20及所述当前层套刻标记30包括的标记线的尺寸需要分别根据对应的层的光刻、刻蚀条件决定。
本发明所提供的基于衍射的套刻标记，从上到下依次包括设置于当前层的当前层套刻标记30、设置于第一前层的第一前层套刻标记10及设置于第二前层的第二前层套刻标记20；所述当前层套刻标记30包括第一象限图案、第二象限图案、第三象限图案及第四象限图案；每个象限图案均包括多条互相平行的标记线，所述标记线均为倾斜角度的线条；每个前层套刻标记与一组对角象限图案对应，且包括多条标记线；所述第一前层套刻标记10的标记线及所述第二前层套刻标记20的标记线与所述当前层套刻标记30的标记线对应；所述第一前层套刻标记10与所述当前层套刻标记30组成的图案，及所述第二前层套刻标记20与所述当前层套刻标记30组成的图案，均为中心对称图案。本发明通过设置中心对称的、具有倾斜的标记线的套刻标记，改变了传统套刻标记X方向套刻误差和Y方向套刻误差需要分开量测的传统方式，通过倾斜的标记线可以同时确定重叠的两个套刻标记在X方向和Y方向的误差，缩小了套刻标记的面积占用；另外，将两个不同的前层套刻标记保持中心对称的同时，使每一个前层套刻标记都分布在一组对角象限内，即可将两个前层套刻标记组合成包括四个象限的图案的整体结构，可通过单次拍摄同时获取四个象限内的重叠的套刻标记图案，无需分次获取当前层套刻标记30分别与两个前层套刻标记组成的图案，大大缩短了量测时间，并进一步减小了套刻标记的面积占用。若置于曝光区域内器件附近则可以提高套刻误差结果的准确性，符合先进技术节点光刻套刻标记的发展趋势。
在具体实施方式一的基础上，进一步对套刻标记中的标记线的数量做限定，得到具体实施方式二，其结构示意图前文所示，从上到下依次包括设置于当前层的当前层套刻标记30、设置于第一前层的第一前层套刻标记10及设置于第二前层的第二前层套刻标记20；
所述当前层套刻标记30包括第一象限图案、第二象限图案、第三象限图案及第四象限图案；每个象限图案均包括多条互相平行的标记线，所述标记线均为倾斜角度的线条；
每个前层套刻标记与一组对角象限图案对应，且包括多条标记线；所述第一前层套刻标记10的标记线及所述第二前层套刻标记20的标记线与所述当前层套刻标记30的标记线对应；
所述第一前层套刻标记10与所述当前层套刻标记30组成的图案，及所述第二前层套刻标记20与所述当前层套刻标记30组成的图案，均为中心对称图案；
所述第一前层套刻标记10及所述第二前层套刻标记20组成的图案中的标记线的数量，与所述当前层套刻标记30的标记线的数量相同。
本具体实施方式与上述具体实施方式的不同之处在于，本具体实施方式中限定了所述当前层套刻标记30与两个前层套刻标记内的标记线的数量关系，其他结构均与上述具体实施方式相同，在此不再展开赘述。
本具体实施方式中，所述第一前层标记与所述第二前层标记的组合图案内的标记线，与所述当前层套刻标记30的图案内的标记线数目相同且一一对应，也即两者应为线条位置稍有不同，但图案相同，获得的衍射纹样均匀有规则，计算出的套刻误差精度、准确度更高。
在具体实施方式一的基础上，进一步对套刻标记中的标记线的数量做限定，得到具体实施方式三，其结构示意图前文所示，从上到下依次包括设置于当前层的当前层套刻标记30、设置于第一前层的第一前层套刻标记10及设置于第二前层的第二前层套刻标记20；
所述当前层套刻标记30包括第一象限图案、第二象限图案、第三象限图案及第四象限图案；每个象限图案均包括多条互相平行的标记线，所述标记线均为倾斜角度的线条；
每个前层套刻标记与一组对角象限图案对应，且包括多条标记线；所述第一前层套刻标记10的标记线及所述第二前层套刻标记20的标记线与所述当前层套刻标记30的标记线对应；
所述第一前层套刻标记10与所述当前层套刻标记30组成的图案，及所述第二前层套刻标记20与所述当前层套刻标记30组成的图案，均为中心对称图案；
所述第一前层套刻标记10及所述第二前层套刻标记20组成的图案，与所述当前层套刻标记30尺寸相同。
本具体实施方式与上述具体实施方式的不同之处在于，本具体实施方式中限定了所述当前层套刻标记30与两个前层套刻标记内的尺寸关系，其他结构均与上述具体实施方式相同，在此不再展开赘述。
本具体实施方式中，将所述第一前层标记与所述第二前层标记的组合图案设定成与所述当前层套刻标记30的尺寸相同，避免了存在不能重叠的图案区域，造成空间的浪费，进一步缩小了空间占用。
下面给出一种基于前文中所述的基于衍射的套刻标记的套刻误差测量的方法，包括如下步骤：
步骤1：提供一晶圆，并设计一套刻标记，套刻标记包括第一前层套刻标记10、第二前层套刻标记20、当前层套刻标记30。所述第一前层套刻标记10包括依次分布且相互平行的多个等间距线条，标记占据一组对角区域。所述第二前层套刻标记20包括依次分布且相互平行的多个等间距线条，标记占据另一组对角区域。
步骤2：完成所述晶圆的第一前层的光刻、刻蚀工艺，形成所述第一前层套刻标记10。
步骤3：完成所述晶圆的第二前层的光刻、刻蚀工艺，形成所述第二前层套刻标记20。第一前层套刻标记10和第二前层套刻标记20形成的套刻标记如图3所示，分别占据第二四象限及第一三象限。
步骤4：完成所述晶圆的当前层的光刻工艺，形成所述当前层套刻标记30，所述第一套刻标记、第二套刻标记、当前层标记组成最终套刻标记。
步骤5：利用光学衍射方法进行测量，根据当前层套刻标记30与第一前层套刻标记10形成的衍射光强度分布可分别获得当前层套刻标记30与第一前层套刻标记10在X方向和Y方向的套刻误差；根据当前层套刻标记30与第二前层套刻标记20形成的衍射光强度分布可分别获得当前层套刻标记30与第二前层套刻标记20在X方向和Y方向的套刻误差，最终实现在同一区域内，同时获得当前层对第一前层和第二前层的套刻误差。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的基于衍射的套刻标记进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于衍射的套刻标记，其特征在于，从上到下依次包括设置于当前层的当前层套刻标记、设置于第一前层的第一前层套刻标记及设置于第二前层的第二前层套刻标记；
所述当前层套刻标记包括第一象限图案、第二象限图案、第三象限图案及第四象限图案；每个象限图案均包括多条互相平行的标记线，所述标记线均为倾斜角度的线条；
每个前层套刻标记与一组对角象限图案对应，且包括多条标记线；所述第一前层套刻标记的标记线及所述第二前层套刻标记的标记线与所述当前层套刻标记的标记线对应；
所述第一前层套刻标记与所述当前层套刻标记组成的图案，及所述第二前层套刻标记与所述当前层套刻标记组成的图案，均为中心对称图案。
2.如权利要求1所述的基于衍射的套刻标记，其特征在于，所述第一前层套刻标记的标记线的斜率，与所述第二前层套刻标记的标记线的斜率的乘积为负数。
3.如权利要求2所述的基于衍射的套刻标记，其特征在于，所述第一前层套刻标记的标记线的斜率，与所述第二前层套刻标记的标记线的斜率的乘积为-1。
4.如权利要求3所述的基于衍射的套刻标记，其特征在于，两个前层套刻标记的标记线的斜率分别为1和-1。
5.如权利要求4所述的基于衍射的套刻标记，其特征在于，所述第一前层套刻标记的标记线及所述第二千层套刻标记的标记线，位于对应的当前层套刻标记的标记线的外侧。
6.如权利要求1所述的基于衍射的套刻标记，其特征在于，所述第一象限图案、所述第二象限图案、所述第三象限图案及所述第四象限图案为矩形图案。
7.如权利要求1所述的基于衍射的套刻标记，其特征在于，所述当前层套刻标记为正方形标记。
8.如权利要求1所述的基于衍射的套刻标记，其特征在于，所述第一前层套刻标记及所述第二前层套刻标记组成的图案，与所述当前层套刻标记尺寸相同。
9.如权利要求1所述的基于衍射的套刻标记，其特征在于，所述第一前层套刻标记及所述第二前层套刻标记组成的图案中的标记线的数量，与所述当前层套刻标记的标记线的数量相同。
10.如权利要求1至9任一项所述的基于衍射的套刻标记，其特征在于，所述当前层套刻标记和/或第一前层套刻标记和/或第二前层套刻标记为通过光刻与刻蚀得到的图案。
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